公路桥梁加固碳纤维布加固技术研究

陈丰

（江西省交通运输科学研究院有限公司，江西南昌 330200）

0 引言

公路桥梁作为重要的交通基础设施，承载着大量车辆和行人的通行需求。然而，由于长期使用、车辆超载和自然环境等因素的影响，许多桥梁出现结构老化、损坏和承载能力下降等问题。常规的加固方法如钢筋加固和混凝土补强等技术存在着施工复杂、工期长、对桥梁结构改造较大等不足之处。而碳纤维布作为一种先进的桥梁加固材料，具有重量轻、施工方便、耐腐蚀性能好等优势，能够有效地提高桥梁的承载能力和抗震性能，保障交通安全和延长桥梁寿命，减少维修和维护成本，提升桥梁的安全性和稳定性。因此，研究如何将碳纤维布加固技术应用到桥梁加固工程中并最大程度地发挥其优势和作用是一项极具意义的课题。

1 碳纤维布加固技术概述

碳纤维布是一种高强度、高模量、低密度的复合材料，由碳纤维布纱线编织而成，具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，被广泛应用于桥梁加固领域。碳纤维布的主要成分是碳元素，具有耐高温、抗摩擦、电导热等特点。相较于传统的钢筋、混凝土等材料，碳纤维布的比强度和比刚度更高，重量却较轻，使其成为一种理想的加固材料。在桥梁加固中，通过将碳纤维布粘贴在桥梁结构的表面，利用其高强度和高刚度特性来增强结构的承载能力和抗震能力。碳纤维布可以在不改变原有结构形态的前提下，实现增强和修复现有结构的目标。碳纤维布加固技术的应用过程如下：

首先，对需要加固的桥梁结构进行评估，确定加固方案和碳纤维布类型。

其次，清洁和处理桥梁表面，确保其光洁、无杂质。

再次，涂覆特殊的环氧树脂胶黏剂，将碳纤维布贴附在桥梁表面，并使用压力工具确保其与结构紧密黏合。

最后，进行后续的硬化和固化处理，以确保加固层与桥梁结构融为一体[1]。

2 碳纤维布粘贴施工工艺

2.1 工艺材料的准备

2.1.1 碳纤维布

为了确保施工质量和工程效果，需要严格执行设计方案的要求，并加强对施工工艺的控制。同时，根据技术规范选择符合工程需求的碳纤维布型号和规格，并对其进行性能检测。具体的技术指标如表1所示。

表1 碳纤维布技术指标

2.1.2 配套黏结剂

在进行碳纤维布粘贴作业时，正确选择和使用适合的黏结剂至关重要。通常情况下，根据施工工艺的要求，黏结剂包括打底胶、找平胶和浸润胶三种。这些胶液在现场施工中的具体性质如下：

第一，打底胶。打底胶主要应用于混凝土结构表面的土层，在混凝土结构表面形成硬化层，利用其渗透作用，确保混凝土结构表面的平整度和黏结质量符合工程建设的标准，为后续的找平胶和浸润胶施工提供坚实基础。

第二，找平胶。找平胶主要用于修复混凝土结构表面不符合平整度要求的部位。通过应用找平胶进行修复处理，确保碳纤维布能够完美地贴合在混凝土表面，从而显著提升其加固性能。

第三，浸润胶。浸润胶用于将碳纤维布粘贴在混凝土结构表面，使二者融为一体，共同发挥承重和抗拉的作用，实现综合性能的提升[2]。

2.2 粘贴碳纤维布工艺流程

粘贴碳纤维布工艺的具体流程，见图1。

图1 粘贴碳纤维布工艺流程图

2.3 关键工序的施工要点

2.3.1 混凝土表面处理

在应用碳纤维布加固技术之前，为确保加固效果最优化，需要注意以下关键步骤：

第一，需要将桥梁表面存在的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等结构问题清理干净，暴露出内部的混凝土结构层。

第二，需要对裂缝部位进行修复，确保其达到良好的封闭状态，以提高结构的整体强度和稳定性。

第三，需要对准备粘贴碳纤维布的部位进行打磨平整处理，清理混凝土结构表面的浮浆、油污等杂质，并对边角进行倒角处理，制作成半径超过20mm 的圆弧，以提高碳纤维布与混凝土表面的黏结强度，确保加固效果达标。

第四，在进行碳纤维布粘贴前，必须对表面进行彻底清理，去除所有污垢、水分等杂质，确保施工区域表面干燥洁净，以免对黏结效果产生不利影响[3]。

2.3.2 涂刷打底胶和找平胶

在应用碳纤维布加固技术时，有两个方面需要特别注意。一方面，需要确保打底胶的质量和涂刷的均匀性，以提供良好的黏结基础。同时，找平胶的应用也非常重要，其主要用于修复混凝土表面的凹陷部位。在涂刷找平胶时，需要保证施工区域表面平整，无棱角或凸出等问题，以提高整体加固效果。另一方面，应使用滚筒等工具进行涂刷，以确保胶液均匀地涂刷在混凝土结构表面。在胶液干燥之前，应及时进行平整修复工作，以保证加固层的均匀性和平整度[4]。

2.3.3 粘贴碳纤维布

第一，在粘贴碳纤维布之前，必须对现场的环境条件进行全面的检测和评估。低温环境对于胶液的固化速度会产生不利影响，可能导致胶液无法充分固化，从而影响碳纤维布的黏结效果和加固质量。同时，湿度过高会增加胶液干燥的时间，导致施工周期延长，并且可能对胶液的性能产生不利影响。此外，降雨也会对施工造成干扰，可能引起碳纤维布粘贴不牢固或出现水泡等问题。如果环境温度低于5℃、存在降雨或者湿度超过95%的情况，则必须禁止施工。

第二，根据设计方案的要求，结合现场实际情况，对碳纤维布进行裁剪处理，实际粘贴尺寸应小于设计参数值，偏差控制在20mm 以内，防止偏差过大而造成结构的强度不合格。

第三，如果碳纤维布的排列方向有所差异，则会造成各个方向碳纤维布的强度也有所差异，所以要考虑具体的结构形式，确保粘贴的方向合理，以免造成严重的质量缺陷问题。

第四，碳纤维布与混凝土结构的粘贴面积应超过95%。如果碳纤维布存在空鼓的情况，且面积不超过10cm2时，可采用针管注胶的方式进行修复处理；如果空鼓面积超过10cm2时，则将空鼓部位的碳纤维布割除，重新粘贴施工。

第五，在现场进行碳纤维布的粘贴操作时，应从桥梁的跨中部位开始逐步向两侧展开，以减少施工过程中产生的气泡，施工现场与工后效果见图2、图3。

图2 碳纤维布的粘贴施工

图3 粘贴效果

此外，为了确保碳纤维布与结构表面的黏结质量，需要采用特制的滚筒按照纤维的方向进行多次滚压施工，以提高胶液的渗透性，确保浸润胶充分浸透碳纤维布，与结构紧密结合[5]。

2.3.4 其他工艺要求

为了确保施工的安全性和效果的可靠性，还需要遵循以下工艺要求：

首先，要加强现场安全施工管理。确保碳纤维布与电气设备、电源保持一定的距离，避免发生意外情况。

其次，要保证现场空气正常流通，避免出现氧气不足或有害气体积聚的情况。

再次，禁止在施工现场吸烟或使用明火，以免引发火灾等安全事故。

最后，当碳纤维布粘贴完成后，应及时进行养生，以保证加固部位的性能稳定。通常养生时间应超过72h，在此期间，要对施工区域加强防护，在确认结构性能符合要求后，才能进行后续的施工。

3 碳纤维布在桥梁加固工程中的应用实例

某桥梁项目长度为660m，上部结构采用T 形结构形式。该桥梁投入运营的时间超过30 年，每天都有大量的运输车辆经过，特别是运煤、矿石的车辆，超载问题比较严重，超大吨位的车辆通行数量比较多，重车通行的部分存在严重的梁板单板受力问题，造成结构断裂问题比较严重，无法满足当前的通行需要，甚至可能引发严重的交通事故。经过分析发现，行车道的桥面铺装结构损坏严重，桥梁的跨中挠度损失严重，变形过于剧烈。工程技术人员对桥梁的承载力参数进行计算，发现其承载力下降非常明显，需要进行大范围的加固施工才能满足交通需求。工程管理单位综合考虑多个方面的要素后，决定采用碳纤维布作为加固材料，提升梁板底部的强度，使其符合运行标准。在该桥梁的加固施工过程中，应用碳纤维布加固技术，并且全面落实质量控制措施。对桥梁的铺面结构进行合理的改善，增加混凝土材料的标号，满足结构强度的标准要求，同时将上部混凝土凿除，更换一层水泥混凝土材料，并且加入聚丙烯纤维材料，提升结构的防渗性和抗裂性能；增加钢筋材料，使用加粗、加密的方式进行铺设，确保结构的承载性能合格；将重车行驶部位的铰缝混凝土清理干净，再应用高标号的混凝土材料重新浇筑施工，并且增加铰缝钢筋。经过对现场施工效果进行分析，发现应用碳纤维布加固技术的效果良好，加固后的结构具备较高的承载性能，且施工方便、工期较短，桥梁整体性能恢复比较明显，完全符合通行标准。

4 结语

总体而言，良好的加固技术是保证桥梁结构稳定性的关键。在此过程中，碳纤维布加固技术表现出独特的优势和应用潜力，通过在桥梁结构上应用碳纤维布和黏结剂，可以显著提高桥梁的承载能力和抗震性能。碳纤维布加固技术具有施工方便、施工速度快、无须大规模拆除和改造等优点，对于已有桥梁的加固和改善具有重要意义。但是，碳纤维布加固技术在实际应用中还存在施工标准化、质量控制等方面的问题，未来仍需要不断加强研究和探索，以进一步完善和优化该加固技术，为交通运输事业的发展提供坚实的保障。